(57)【要約】【課題】  燃料電池の排出ガス中の可燃成分の触媒燃焼を促進することにより、安定的に可燃成分を酸化処理する技術を提供する。【解決手段】  燃料電池システム６０は、燃料電池１００と燃料供給装置１１０と燃焼器２００とを備えている。燃料電池１００は、使用済みの燃料ガスであるアノードオフガスを排出する。燃料電池１００から燃焼器２００へのアノードオフガスの前記燃焼器への供給開始タイミングに応じて助燃剤を燃焼器２００に供給することで、アノードオフガス中の可燃成分は燃焼器２００で安定的に酸化処理され、可燃成分を含んだガスの排出が抑えられる。【選択図】  図２
2005135742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
酸化性ガスと燃料供給装置から供給される燃料ガスとの反応によって電力を発生し、使用済みの酸化性ガスであるカソードオフガスと使用済みの燃料ガスであるアノードオフガスを排出する燃料電池と、
前記燃料電池に接続され、前記アノードオフガスを外部に排出するアノードオフガス排出流路と、
前記アノードオフガス排出流路に設けられ、前記アノードオフガスの可燃成分を燃焼させる燃焼器と、
前記アノードオフガスの前記燃焼器への供給開始タイミングに応じて、前記アノードオフガスよりも容易に燃焼する助燃剤を前記燃焼器に供給する助燃剤供給装置と、
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記助燃剤供給装置は、前記アノードオフガスの前記燃焼器への供給開始前に前記助燃剤の供給を開始し、前記アノードオフガスの前記燃焼器への供給開始時には前記助燃剤を供給している状態にする、燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または２記載の燃料電池システムであって、
前記燃焼器は酸化触媒を含む、燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池システムであって、
前記助燃剤供給装置は、前記アノードオフガスの前記燃焼器への供給前に前記酸化触媒が活性化された状態に達するように前記燃焼器に前記助燃剤を供給する、燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記助燃剤供給装置は、前記燃焼器に前記アノードオフガスよりも水分の含有量が少ない助燃剤を供給する、燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記助燃剤供給装置は、前記燃焼器に前記アノードオフガスよりも可燃成分の濃度が高い助燃剤を供給する、燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記助燃剤供給装置は、前記助燃剤として前記燃料電池の燃料ガスを前記燃焼器に供給する、燃料電池システム。
【請求項８】
請求項７記載の燃料電池システムであって、
前記燃料ガスは水素ガスである、燃料電池システム。
【請求項９】
請求項１ないし６のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記燃料供給装置は、可燃性の改質原料から改質ガスを生成する改質器を備え、前記燃料電池の燃料ガスとして前記改質ガスを前記燃料電池に供給し、
前記助燃剤供給装置は、前記助燃剤として前記改質ガスを前記燃焼器に供給する、燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項１ないし６のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記燃料供給装置は、可燃性の改質原料から改質ガスを生成する改質器を備え、前記燃料電池の燃料ガスとして前記改質ガスを前記燃料電池に供給し、
前記助燃剤供給装置は、前記助燃剤として前記改質原料を前記燃焼器に供給する、燃料電池システム。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記助燃剤供給装置は、前記アノードオフガスの前記燃焼器への供給状態に応じて前記燃焼器への前記助燃剤の供給を停止する、燃料電池システム。
【請求項１２】
請求項１１記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記アノードオフガス排出流路は、前記アノードオフガスを前記燃料電池に還流する循環ラインと、前記循環ラインと分岐して前記燃焼器に至る分岐路と、前記分岐路に設けられた開閉弁と、を備え、
前記助燃剤供給装置は、前記開閉弁の間欠的な開閉により間欠的に排出される前記アノードオフガスの前記燃焼器への供給前から供給開始までの期間にわたって前記助燃剤の供給を継続する、燃料電池システム。
【請求項１３】
請求項１１または１２記載の燃料電池システムであって、
前記助燃剤供給装置は、前記アノードオフガスが前記燃焼器に供給されている期間の一部で前記助燃剤の供給を停止する、燃料電池システム。
【請求項１４】
請求項１１または１２記載の燃料電池システムであって、
前記助燃剤供給装置は、前記アノードオフガスの前記燃焼器への供給開始後、前記アノードオフガスの前記燃焼器への供給再開前の期間の一部で前記助燃剤の供給を停止する、燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池の排出ガスの処理技術に関し、特に触媒燃焼による排出ガス中の可燃成分を低減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池のアノード側の排ガス（アノードオフガス）には、燃料電池反応をしていない可燃性の燃料が残留している。そのため、外部への排ガスの放出に際し、アノードオフガス中の可燃成分を酸化する処理が行われていた。可燃成分の酸化処理技術としては、例えば、本出願人により、可燃成分を酸化触媒を備えた燃焼器により酸化させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この技術では、アノードオフガス中の可燃成分を触媒燃焼により酸化させることで、放出される排ガス中の可燃成分の濃度を低くすることが可能となる。
【０００３】
しかしながら、燃料電池から排出されるアノードオフガスは、水分を多く含んでいるため低温での触媒燃焼が進みにくい。そのため、燃料電池の始動時等の燃焼器が触媒燃焼を持続していない状態では、燃焼器の温度が低下しアノードオフガス中の可燃成分が十分に処理されずに排出されるおそれがあった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２８９２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、可燃成分の触媒燃焼を促進する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の燃料電池システムは、酸化性ガスと燃料供給装置から供給される燃料ガスとの反応によって電力を発生し、使用済みの酸化性ガスであるカソードオフガスと使用済みの燃料ガスであるアノードオフガスを排出する燃料電池と、前記燃料電池に接続され、前記アノードオフガスを外部に排出するアノードオフガス排出流路と、前記アノードオフガス排出流路に設けられ、前記アノードオフガスの可燃成分を燃焼させる燃焼器と、前記アノードオフガスの前記燃焼器への供給開始タイミングに応じて、前記アノードオフガスよりも容易に燃焼する助燃剤を前記燃焼器に供給する助燃剤供給装置と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この燃料電池システムでは、助燃剤によりアノードオフガスの燃焼が促進させられるので、可燃成分の外部への排出を抑制することができる。
【０００８】
前記助燃剤供給装置は、前記アノードオフガスの前記燃焼器への供給開始前に前記助燃剤の供給を開始し、前記アノードオフガスの前記燃焼器への供給開始時には前記助燃剤を供給している状態にするものとしても良い。
【０００９】
この構成によれば、アノードオフガスの燃焼器への供給時に燃焼器の温度が上昇しているので、アノードオフガスの燃焼が安定する。
【００１０】
前記燃焼器は、酸化触媒を含むものとしても良い。
【００１１】
この構成によれば、燃焼器の構造が単純となるので、燃料電池システムが小型化できる。
【００１２】
前記助燃剤供給装置は、前記アノードオフガスの前記燃焼器への供給前に前記酸化触媒が活性化された状態に達するように前記助燃剤を前記燃焼器に供給するものとしても良い。
【００１３】
この構成によっても、アノードオフガスの燃焼器への供給時に燃焼器の温度が上昇しているので、アノードオフガスの触媒燃焼が安定する。
【００１４】
前記助燃剤供給装置は、前記燃焼器に前記アノードオフガスよりも水分の含有量が少ない助燃剤を供給するものとしても良い。
【００１５】
この構成によれば、着火温度が低い助燃剤により燃焼が促進されるので、アノードオフガスの燃焼が安定する。
【００１６】
前記助燃剤供給装置は、前記燃焼器に前記アノードオフガスよりも可燃成分の濃度が高い助燃剤を供給するものとしても良い。
【００１７】
この構成によっても、着火温度が低い助燃剤により燃焼が促進されるので、アノードオフガスの燃焼が安定する。
【００１８】
前記助燃剤供給装置は、前記助燃剤として前記燃料電池の燃料ガスを前記燃焼器に供給するものとしても良い。
【００１９】
この構成によれば、助燃剤の供給源を別途設ける必要がないので、燃料電池システムが小型化できる。
【００２０】
前記燃料ガスは水素ガスであるものとしても良い。
【００２１】
この構成によれば、水素ガスの燃焼速度が速いので、燃焼はより促進される。
【００２２】
前記燃料供給装置は、可燃性の改質原料から改質ガスを生成する改質器を備え、前記燃料電池の燃料ガスとして前記改質ガスを前記燃料電池に供給し、前記助燃剤供給装置は、前記助燃剤として前記改質ガスを前記燃焼器に供給するものとしても良い。
【００２３】
この構成では、改質ガス以外の助燃剤供給源を別途設ける必要がないので、燃料電池システムが小型化できる。
【００２４】
前記燃料供給装置は、可燃性の改質原料から改質ガスを生成する改質器を備え、前記燃料電池の燃料ガスとして前記改質ガスを前記燃料電池に供給し、前記助燃剤供給装置は、前記助燃剤として前記改質原料を前記燃焼器に供給するものとしても良い。
【００２５】
この構成では、改質原料以外の助燃剤供給源を別途設ける必要がないので、燃料電池システムが小型化できる。
【００２６】
前記助燃剤供給装置は、前記アノードオフガスの前記燃焼器への供給状態に応じて前記燃焼器への前記助燃剤の供給を停止するものとしても良い。
【００２７】
この構成によれば、助燃剤の供給量を低減できるので、燃料電池システムの燃費が向上する。
【００２８】
前記アノードオフガス排出流路は、前記アノードオフガスを前記燃料電池に還流する循環ラインと、前記循環ラインと分岐して前記燃焼器に至る分岐路と、前記分岐路に設けられた開閉弁とを備え、前記助燃剤供給装置は、前記切替弁の間欠的な開閉により間欠的に排出される前記アノードオフガスの前記燃焼器への供給前から供給開始までの期間前記助燃剤の供給を継続するものとしても良い。
【００２９】
この構成によれば、間欠的なアノードオフガスの燃焼器への供給時に燃焼器の温度が上昇しているので、アノードオフガスが容易に着火する。
【００３０】
前記助燃剤供給装置は、前記アノードオフガスが前記燃焼器に供給されている期間の一部で前記助燃剤の供給を停止するものとしても良い。
【００３１】
この構成によっても、助燃剤の供給量を低減できるので、燃料電池システムの燃費が向上する。
【００３２】
前記助燃剤供給装置は、前記アノードオフガスの前記燃焼器への供給開始後、前記アノードオフガスの前記燃焼器への供給再開前の期間の一部で前記助燃剤の供給を停止するものとしても良い。
【００３３】
この構成によれば、助燃剤の供給量をさらに低減できるので、燃料電池システムの燃費をより向上させることができる。
【００３４】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムの制御装置または制御方法、その制御装置を備えた車両、その制御装置または制御方法の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、等の態様で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．実施例１：
Ｂ．実施例２：
Ｃ．実施例３：
Ｄ．実施例４：
Ｅ．実施例５：
Ｆ．変形例：
【００３６】
Ａ．実施例１：
図１は、本発明の一実施例としての電気自動車の概略構成図である。この電気自動車（以下、単に「車両」と呼ぶ）の車輪駆動機構は、モータ２０と、減速機４０とを備えている。モータ２０は、回転軸１３を介して減速機４０に結合されている。減速機４０は、出力軸１５と、ディファレンシャルギア１６と、車軸１７とを介して車輪に結合されている。このように、モータ２０の回転は車輪１８に伝達され、また、車輪１８の回転はモータ２０に伝達される。
【００３７】
モータ２０は、ロータ２２とステータ２４を備えている。ロータ２２には、複数個の永久磁石が設けられている。ステータ２４は複数のコイルを有し、各コイルに適当な位相の交流電流が流されることにより、ロータ２２部分に回転磁界が生じる。この回転磁界と、ロータ２２に設けられた永久磁石の磁界の相互作用により、ロータ２２が回転する。また、ロータ２２に外力が加わったときは、永久磁石の磁界により、ステータ２４に設けられたコイルに電流が生じ、モータ２０は発電機として作用する。
【００３８】
本実施例の車両は直流電源として、バッテリ５０と、燃料電池システム６０とを備えている。バッテリ５０に接続されている双方向コンバータ５１は、バッテリ側の電圧を調整してバッテリ５０の充放電を制御する。双方向コンバータ５１と、燃料電池システム６０と、インバータ８０とは互いに接続され、直流電流の授受が相互に行われる。
【００３９】
燃料電池システム６０は、要求される電力や燃料電池システム６０に設けられた各種センサ類の出力等に基づいて、制御ユニット７０により適宜制御される。燃料電池システム６０の制御は、燃料電池システム６０に設けられたバルブ、ポンプ等の各種機器類の作動状況を制御ユニット７０が制御することにより実行される。
【００４０】
インバータ８０は、双方向コンバータ５１もしくは燃料電池システム６０から供給される直流電流を、トランジスタのオン・オフにより交流電流に変換する。インバータ８０から供給される交流電流がモータ２０に伝えられることにより、回転磁界が誘起されモータ２０が回転する。また、車両の減速時には、モータ２０からの電力がインバータ８０と、双方向コンバータ５１とを介してバッテリ５０に供給され、エネルギーの回生が行われる。
【００４１】
制御ユニット７０は、シフトレバー７２と、アクセルペダル７４と、ブレーキペダル７６とから与えられた運転者からの指令に従って、車両各部を制御する。制御ユニット７０は、インバータ８０に備えられたトランジスタのオン・オフ時間等を制御することにより、モータ２０の回転速度を制御する。
【００４２】
なお、制御ユニット７０による車両の制御は、制御ユニット７０に組み込まれたメモリに記録されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される。このプログラムは、制御ユニット内のＲＯＭやハードディスクなどの種々の媒体によって提供される。
【００４３】
図２は、第１実施例における燃料電池システム６０の構成を示す概略構成図である。この燃料電池システム６０は、燃料電池１００と、燃料供給装置１１０と、燃焼器２００とを有している。なお、燃料電池システム６０は、凝縮水を除去する気水分離器や燃料ガスに水分を与える加湿器等の各種機器を備えているが、図２ではこれらの図示が省略されている。
【００４４】
燃料電池１００は、カソード室１０２と、アノード室１０４とを備えている。アノード室１０４に導入された燃料ガスは、カソード室１０２に導入された酸化性ガスと燃料電池反応を起こす。燃料電池反応は、燃料電池１００に設けられたカソード、アノード、および電解質を介して行われ、電力がカソードとアノードから外部の負荷に送出される。
【００４５】
酸化性ガス供給ポンプ１２６は、外部の酸化性ガス供給源からの酸化性ガスを酸化性ガス供給配管１５０を介してカソード室１０２に供給する。燃料電池反応に使用された酸化性ガス（カソードオフガス）は、カソードオフガス排出配管１５２を通して燃焼器２００に供給される。
【００４６】
燃料ガスを燃料電池１００に供給する燃料供給装置１１０は、燃料ガスである水素ガスの供給源として水素ガスタンク１１２を備えている。水素ガスタンク１１２から供給された水素ガスは、燃料供給装置１１０内の圧力調整装置（図示しない）により圧力が適宜調節される。なお、本実施例では水素ガスの供給源として水素ガスタンク１１２を用いているが、水素を貯蔵し必要に応じて取り出すことができれば水素ガス供給源として使用できる。例えば、水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵装置や液体水素タンクを水素ガス供給源として使用することも可能である。
【００４７】
燃料供給装置１１０から供給される燃料ガスは、第１の燃料ガス供給配管１４１と流量調整バルブ１２０と第２の燃料ガス供給配管１４３とを通して、アノード室１０４に導入される。流量調整バルブ１２０は、燃料電池１００の負荷に応じて燃料ガスの流量を調整する。アノード室１０４に供給された燃料ガスは、その一部がカソード室１０２の酸化性ガスと反応する。未反応の燃料を含むアノードオフガスは、アノードオフガス排出流路であるアノードオフガス排出配管１４７を経て燃焼器２００に導入される。
【００４８】
燃料電池１００から燃焼器２００に供給されるアノードオフガスは、可燃性の成分が燃料電池反応で消費されているので燃料ガスよりも可燃性の成分が少ない。また、生成水のアノード側への拡散等により、アノードオフガスの水分含有量は燃料ガスよりも多くなっている。このように、アノードオフガスは、可燃性の成分が少なく水分の含有量が多いので燃焼しにくく、触媒燃焼の着火温度は燃料ガスよりも高くなる。そのため、アノードオフガスを触媒燃焼させるため、助燃剤が燃焼器２００に供給される。
【００４９】
本実施例の燃料電池システム６０は、助燃剤として燃料ガスを燃焼器２００に供給するため、助燃剤供給装置として燃料ガスを燃焼器２００に供給する流路を備えている。この流路は、配管１６０，１６２と助燃剤供給バルブ１２８とで構成されている。配管１６０の第１の端部は、第１の燃料ガス供給配管１４１が有する燃料供給装置１１０と流量調整バルブ１２０との間の分岐に接続されている。配管１６０の第２の端部は助燃剤供給バルブ１２８に接続され、助燃剤供給バルブ１２８は配管１６２を介して燃焼器２００に接続されている。この流路により、燃料ガスは助燃剤として必要に応じて燃焼器に供給される。
【００５０】
アノード室１０４からアノードオフガス排出配管１４７を通して燃焼器２００に供給されるアノードオフガスは、燃焼器２００でカソードオフガスと助燃剤である燃料ガスと混合される。混合されたアノードオフガスとカソードオフガスと助燃剤は、燃焼器２００が備えている酸化触媒の作用により触媒燃焼する。そして、触媒燃焼により可燃性成分の濃度が低下したガスは、排出ガスとして外部に放出される。なお、燃焼器２００に用いられる酸化触媒は、燃料の種類や燃料電池システムの運転条件などに応じて適宜選択され、例えば燃料ガスが水素の場合には白金などが用いられる。
【００５１】
図３は、第１実施例における燃焼器２００へのアノードオフガスと助燃剤の供給の様子を示す説明図である。
【００５２】
上述のように、燃料電池１００に供給される燃料ガスの供給量は、燃料電池１００の負荷に応じて調整される。そのため、燃料ガスの供給量の変動に従って変化するアノードオフガスの排出量は、図３の破線で示されるように時間とともに変動する。また、車両の減速時や停止時等の燃料電池１００から電力を供給する必要がない場合には、燃料電池１００の運転は停止されアノードオフガスは排出されない。そして燃料電池の運転停止後に電力の要求があると、燃料電池の運転は再開されアノードオフガスの排出も再開する。
【００５３】
一方、燃料電池の始動時や運転再開時の燃焼器２００の温度は、触媒燃焼が維持されている場合よりも低くなる。そのため、燃焼器２００の温度が、アノードオフガスを確実に着火させる温度に達していない場合がある。このように燃焼器２００の温度が低下しているときにアノードオフガスを燃焼器２００に導入すると、アノードオフガスの触媒燃焼が開始しない可能性がある。そして、触媒燃焼が起きないことにより、可燃成分を含んだガスが排出ガスとして外部に放出されるおそれがある。
【００５４】
そこで、第１実施例では燃料電池の始動時に、図３の実線に示されるように、助燃剤はアノードオフガスの燃焼器２００への供給開始タイミングに応じて供給される。助燃剤である燃料ガスは、アノードオフガスと比較して水分の含有量が少なく可燃性成分の濃度が高いので、アノードオフガスよりも着火温度が低い。そのため、燃焼器２００の温度が低下している燃料電池１００の始動時であっても、助燃剤の触媒燃焼は容易に開始する。
【００５５】
助燃剤はアノードオフガスの燃焼器２００への供給前から供給開始時まで連続的に供給されるので、助燃剤の触媒燃焼により燃焼器２００の温度はアノードオフガスが着火する温度まで上昇する。そして、温度が十分に上昇した燃焼器２００に供給されたアノードオフガスは容易に着火する。アノードオフガスの着火後は触媒燃焼により可燃成分は減少するので、可燃成分を含んだガスの放出が抑制される。
【００５６】
燃料電池の始動後は、図３に示されるように助燃剤が連続的に燃焼器２００に供給される。連続的に供給される助燃剤により、燃料電池１００の停止しアノードオフガスが供給されていない状態であっても、燃焼器２００の温度はアノードオフガスの着火温度以上に維持される。そのため、始動時と同様に燃料電池１００の運転再開時もアノードオフガスが容易に着火し、可燃成分が触媒燃焼により減少するので、可燃成分を含んだガスの放出が抑制される。
【００５７】
Ｂ．実施例２：
図４は、第２実施例における燃料電池システム６０ａの構成を示す概略構成図である。この燃料電池システム６０ａは、アノードオフガスを燃料ガスの供給配管に還流するいわゆる循環型の燃料電池システムであり、燃料ガスとアノードオフガスの各流路の構成が第１実施例の燃料電池システム６０（図２）と異なっている。
【００５８】
図４の燃料電池システム６０ａでは、燃料ガスは燃料供給配管１４０を通して燃料供給装置１１０からアノード室１０４に供給される。そして、第１実施例の燃料電池システム６０と同様に、燃料ガスの一部がカソード室１０２の酸化性ガスと反応する。アノードオフガスの排出は、第１のアノードオフガス排出配管１４６とアノードオフガス排出バルブ１２４と第２のアノードオフガス排出配管１４８とからなるアノードオフガス排出流路を通して行われる。
【００５９】
第１のアノードオフガス排出配管１４６は、アノード室１０４とアノードオフガス排出バルブ１２４の間に分岐を有している。この分岐には、第１の還流配管１４４と循環ポンプ１２２と第２の還流配管１４２とからなる循環ラインが接続されている。循環ラインは、さらに、燃料供給配管１４０が有する助燃剤供給流路との分岐とアノード室１０４の間に接続されている。循環ポンプ１２２は、この循環ラインを通して未反応の燃料を含むアノードオフガスをアノード室１０４に還流する。このようにアノードオフガスを還流させることで、燃料の大部分を燃料電池反応に使用することができる。
【００６０】
アノードオフガス排出バルブ１２４は、例えば循環しているガス中の不純物濃度が所定の値を超えた場合等、必要に応じてアノードオフガスを外部に排出するために間欠的に開閉される。そのため、燃焼器２００へのアノードオフガスの供給は間欠的となる。なお、アノードオフガスの排出の要否は、前回のアノードオフガス排出時からの経過時間や不純物濃度の指標となるセンサの出力に基づいて決めることができる。また、アノードオフガスを排出するためにアノードオフガス排出バルブ１２４を開放する時間は、燃料電池１００の構造や不純物濃度等に基づいて適宜決定される。
【００６１】
図５は、第２実施例における燃焼器２００へのアノードオフガスと助燃剤の供給の様子を示す説明図である。図３と同様に、破線はアノードオフガスの燃焼器２００への供給量を示しており、実線は助燃剤の燃焼器２００への供給量を示している。
【００６２】
上述のように、循環型の燃料電池システム６０ａでは、アノードオフガスは間欠的に排出される。アノードオフガスが燃焼器２００に供給されない状態では、燃焼器２００での触媒燃焼が維持されない。そのため、アノードオフガスの供給が開始される時点では、燃焼器２００の温度は低下し、第１実施例で説明したようにアノードオフガスが着火しない可能性が生じる。
【００６３】
そこで、第２実施例でも図５の実線に示されるように、燃料電池始動時のアノードオフガスの燃焼器２００への供給前に助燃剤を燃焼器２００に供給する。そして、燃料電池の始動後は、助燃剤が連続的に燃焼器に供給される。このように助燃剤を供給することにより、触媒燃焼は燃料電池の始動時から安定的に維持され、可燃成分を含むガスの排出を抑えることができる。
【００６４】
なお、本実施例の他の構成や効果は、第１実施例のものとほぼ同じなので、ここではその説明を省略する。
【００６５】
Ｃ．実施例３：
図６は、第３実施例における燃焼器２００へのアノードオフガスと助燃剤の供給の様子を示す説明図である。第２実施例とは、燃料電池始動後の定常運転時における助燃剤の燃焼器２００への供給状況が異なっている。
【００６６】
第２実施例で説明したように、アノードオフガスの燃焼器２００への供給開始時期や供給期間は、前回のアノードオフガス排出時からの経過時間や不純物濃度等によって決定される。このアノードオフガスの供給に関するタイミングはあらかじめ予測することができるので、間欠的なアノードオフガスの供給状況に応じて助燃剤の供給を制御することが可能となる。
【００６７】
第３実施例では、図６に示すように、アノードオフガスの燃焼器２００への供給開始後に助燃剤の供給が停止される。そして、アノードオフガスの供給停止前に助燃剤の供給が再開される。このように助燃剤の供給を制御することで、燃焼器２００には常時可燃成分を含んだガスが供給され、触媒燃焼が維持される。このように触媒燃焼が維持されることにより、アノードオフガス中の可燃成分は減少し、可燃成分を含んだガスの排出を抑えることが可能となる。
【００６８】
第３実施例のように、助燃剤を燃焼器２００へ間欠的に供給することにより、助燃剤である燃料ガスの消費が連続的に助燃剤を供給する第２実施例の場合と比べて抑制される。このように第３実施例の燃料電池システム６０ａでは、第２実施例よりも燃費が向上するため好ましい。一方、第２実施例は、第３実施例よりも制御が容易である点で好ましい。
【００６９】
なお、本実施例の他の構成や効果は、第２実施例のものとほぼ同じなので、ここではその説明を省略する。
【００７０】
Ｄ．実施例４：
図７は、第４実施例における燃焼器２００へのアノードオフガスと助燃剤の供給の様子を示す説明図である。第３実施例と同様に助燃剤は間欠的に燃焼器２００に供給されているが、その供給時期が異なっている。
【００７１】
第４実施例では、図７に示すように、アノードオフガスの燃焼器２００への供給開始前に助燃剤の供給が開始されている。そのため、可燃成分を含んだガスが供給されない期間に温度が低下した燃焼器２００は、アノードオフガスの供給開始時には助燃剤の触媒燃焼によりアノードオフガスが着火する温度まで上昇させられる。そして、温度が十分に上昇した燃焼器ではアノードオフガスが着火するので、可燃成分を含んだガスの排出ガスが抑制される。
【００７２】
アノードオフガスの供給開始後は、アノードオフガスにより触媒燃焼が維持されるため助燃剤の供給は停止させられる。このように助燃剤の供給を停止することにより、助燃剤である燃料ガスの消費は抑制されるので燃料電池システム６０ａの燃費は第３実施例よりもさらに向上する。
【００７３】
Ｅ．実施例５：
図８は、第５実施例における燃焼器２００へのアノードオフガスと助燃剤の供給の様子を示す説明図である。第４実施例との違いは、アノードオフガスが燃焼器２００へ供給されている間、助燃剤の供給が維持されている点である。
【００７４】
前述の通り、アノードオフガスの排出は、燃料電池のアノード側を循環するガス中の不純物濃度が所定の値を超えたときなどに行われる。燃料電池１００のアノード側に蓄積する不純物は、カソード側から電解質を拡散してアノード側に到達する。一方、アノード側に蓄積した不純物は、アノードオフガスのガス流によって排出される。そのため、アノード側に不純物が蓄積する時間に対して、不純物の排出に要する時間は極めて短くなる。
【００７５】
そのため、第５実施例のように、アノードオフガスの排出中に助燃剤の供給を維持したとしても、第３実施例よりも助燃剤である燃料ガスの消費量は十分小さくすることができる。また、第３および第４実施例のようにアノードオフガスとカソードオフガスのみを燃焼器に供給した場合、アノードオフガス中の可燃成分の濃度や水分量によっては触媒燃焼が維持できない場合がある。そのため、アノードオフガス排出中の触媒燃焼を維持し、可燃成分を含んだガスの排出をより確実に抑制できる点で第５実施例は好ましい。
【００７６】
Ｆ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００７７】
Ｆ１．変形例１：
上記各実施例では、燃料ガスとして水素ガスを用いているが、燃料ガスとしては酸化性ガスと燃料電池反応を起こすガスであればよい。例えば、燃料ガスとして、炭化水素やアルコール等の改質原料から改質器により生成された水素を含む改質ガスを用いることも可能である。
【００７８】
Ｆ２．変形例２：
上記各実施例では、助燃剤として燃料ガスを用いているが、燃料ガスとして改質ガスを使用する燃料電池システムでは、助燃剤として改質原料を用いることも可能である。改質原料を助燃剤として燃焼器２００（図４）に供給することにより改質原料が触媒燃焼させられるので、上記各実施例と同様の効果を得ることができる。
【００７９】
Ｆ３．変形例３：
上記各実施例では、助燃剤として燃料ガスを用いているが、水素透過膜によりアノードオフガス中から分離された水素やドライヤーにより水分含有量が低減されたアノードオフガス等を助燃剤として用いることができる。これらの助燃剤はアノードオフガスよりも燃焼しやすいので、上記各実施例と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の一実施例としての電気自動車の概略構成図。
【図２】第１実施例における燃料電池システム６０の構成を示す概略構成図。
【図３】第１実施例における燃焼器２００へのアノードオフガスと助燃剤の供給の様子を示す説明図。
【図４】第２実施例における燃料電池システム６０ａの構成を示す概略構成図。
【図５】第２実施例における燃焼器２００へのアノードオフガスと助燃剤の供給の様子を示す説明図。
【図６】第３実施例における燃焼器２００へのアノードオフガスと助燃剤の供給の様子を示す説明図。
【図７】第４実施例における燃焼器２００へのアノードオフガスと助燃剤の供給の様子を示す説明図。
【図８】第５実施例における燃焼器２００へのアノードオフガスと助燃剤の供給の様子を示す説明図。
【符号の説明】
【００８１】
１３…回転軸
１５…出力軸
１６…ディファレンシャルギア
１７…車軸
１８…車輪
２０…モータ
２２…ロータ
２４…ステータ
４０…減速機
５０…バッテリ
５１…双方向コンバータ
６０，６０ａ…燃料電池システム
７０…制御ユニット
７２…シフトレバー
７４…アクセルペダル
７６…ブレーキペダル
８０…インバータ
１００…燃料電池
１０２…カソード室
１０４…アノード室
１１０…燃料供給装置
１１２…水素ガスタンク
１２０…流量調整バルブ
１２２…循環ポンプ
１２４…アノードオフガス排出バルブ
１２６…酸化性ガス供給ポンプ
１２８…助燃剤供給バルブ
１４０…燃料供給配管
１４１，１４３…燃料ガス供給配管
１４２，１４４…還流配管
１４６，１４７，１４８…アノードオフガス排出配管
１５０…酸化性ガス供給配管
１５２…カソードオフガス排出配管
１６０，１６２…配管
２００…燃焼器
【図１】
2005135742.tif 000003
【図２】
2005135742.tif 000004
【図３】
2005135742.tif 000005
【図４】
2005135742.tif 000006
【図５】
2005135742.tif 000007
【図６】
2005135742.tif 000008
【図７】
2005135742.tif 000009
【図８】
2005135742.tif 000010